15 využití mechanické energie: podrobné vysvětlení

Tento článek pojednává o využití mechanické energie. Energie, kterou mají předměty na základě jejich polohy a pohybu, se nazývá mechanická energie. 

Mechanická energie je přítomna v hojnosti a můžeme ji pozorovat téměř v každém aspektu našeho života. Vše kolem nás může mít mechanickou energii. V tomto článku budeme diskutovat o použití a různých typech mechanické energie.

Využití mechanické energie

Využití mechanické energie je nespočetné. I když probereme některá nejběžnější využití mechanické energie. Jsou uvedeny níže -

Řízení auta

Automobil má kinetickou energii díky své hmotnosti a rychlosti. Jedná se tedy o příklad objektu s kinetickou energií.

Otočení klikou dveří

Otočení klikou vyžaduje rotační kinetickou energii. Rychlost otáčení dveřní kliky a její moment setrvačnosti se kombinují a poskytují rotační kinetickou energii.

Zatloukání hřebíku

Zatloukání hřebíku může být příkladem přeměny potenciální energie na kinetickou energii. Jak kladivo klesá dolů, potenciální energie klesá a kinetická energie kladiva se zvyšuje. Tato kinetická energie je poté přenesena na hřebík, který se přemístí uvnitř stěny/dřeva. 

Dýchání

Nádech a výdech je výsledkem kontrakce a relaxace bránice. Proces nádechu a výdechu je příkladem elastické potenciální energie.

Běh a chůze

Běh a chůze jsou příklady kinetické energie.

Letadlo letící ve vzduchu

Letoun letící v určité výšce má potenciální energii. Velikost potenciálu se mění s výškou letadla. Oba jsou spolu přímo úměrné. 

Jízda na kole

Jízda na kole je příkladem kinetické energie. Čím větší rychlost kola, tím větší bude jeho kinetická energie.

Top spinning na podlaze

Top spinning na podlaze má rotační kinetická energie. Moment setrvačnosti vršku a jeho rychlost otáčení udává hodnotu rotační kinetické energie.

Systém odpružení používaný v automobilech

Systém odpružení používaný v automobilech má elastický potenciální akumulovaná energie v nich. Tato energie pomáhá automobilům přežít hrbolaté silnice, protože systém odpružení funguje jako tlumič nárazů.

Kyvadlo s pohybem sem a tam

Houpání kyvadlo je příkladem potenciální energie se během svého pohybu přeměňuje na kinetickou energii.

Házení míče

Vyhození míče do vzduchu je opět příkladem přeměny energie. Kinetická energie míče se přemění na potenciální energii, když míč dosáhne svého apogea (maximální dosažené výšky). A pak se potenciální energie při sestupu přemění zpět na kinetickou energii.

Použití sekery pro řezání stromu

Sekera má kinetickou energii, která se přenáší na strom k sekání.

Vyhození předmětu z terasy budovy

Jakmile začne tento objekt klesat, dostane se pod vliv gravitační potenciální energie. Gravitace neustále táhne předmět dolů, dokud nenarazí. 

Stojící ve výtahu

Stát ve výtahu je příkladem gravitační potenciální energie. Pokud se struny výtahu přetrhnou, člověk zažije volný pád.

Provoz turbíny

Turbína se otáčí v důsledku přenosu kinetické energie na lopatky turbíny. Tuto kinetickou energii má pára/voda nebo jakákoli pracovní tekutina použitá v tomto procesu.

Co je mechanická energie?

Jak jsme diskutovali ve výše uvedené části, mechanický energii lze definovat jako energii, kterou má objekt kvůli jeho pohybu nebo poloze.

Tento typ energie je zodpovědný za mobilitu věcí. Existuje mnoho druhů mechanické energie, budeme o nich diskutovat v dalších částech.

Druhy mechanické energie

Mechanická energie je rozdělena do tří typů. Tyto typy jsou klasifikovány na základě pohybu nebo polohy objektu.

Podívejme se na různé druhy mechanické energie –

• Potenciální energie– Tento typ energie existuje, když poloha objektu leží v určité vzdálenosti nad zemí. Potenciální energii má objekt na základě své výšky/polohy od země. To znamená, že potenciální energie je funkcí výšky/polohy objektu od země. Matematicky může být kinetická energie dána jako 

PE=mgh

kde,

m je hmotnost předmětu

g je gravitační zrychlení

h je výška objektu od země

• Kinetická energie– Tento typ energie existuje díky pohybu objektu. Kinetická energie je funkcí hmotnosti a čtverce rychlosti. Vzorec pro kinetickou energii je diskutován v části uvedené níže

KE = 1/2 mv²

kde,

m je hmotnost předmětu

v je rychlost objektu

• Jarní energie– Tento typ energie existuje díky poloze/elasticitě pružiny. Čím více je struna natažena nebo stlačena z její klidové polohy, bude rudou energií pružiny. Energie pružiny je přímo úměrná posunutí pružiny. Vzorec pro jarní energii je uveden níže -

SE = 1/2 kx²

kde,

k je koeficient tuhosti materiálu

x je velikost posunu materiálu

Jaké jsou typy potenciální energie?

Potenciální energie se také dělí na dva typy. Podívejme se, jaké jsou typy potenciální energie-

• Gravitační potenciální energie - Tento typ potenciální energie existuje jako ctnost polohy/výšky objektu od země. Velikost gravitace potenciální energie je přímo úměrná výšce objektu ze země.
• Elastická potenciální energie– Tento typ potenciální energie existuje jako ctnost stavu objektu. Stav závisí na materiálu objektu. Můžeme říci, že jarní energie je druh potenciální energie sama o sobě.

Obrazový kredit: Penny Mayes, Rekonstrukce středověké lukostřelby, CC BY-SA 2.0

Co je rotační kinetická energie?

Jak název napovídá, rotační kinetická energie objektu je kinetická energie, kterou má objekt, když je objekt v rotačním pohybu. Konjugátem hmoty je setrvačnost a pro lineární rychlost je konjugátem rotační energie.

Podobně jako u kinetické energie, pokud má objekt větší moment setrvačnosti a větší rychlost otáčení, pak bude velikost rotační kinetické energie větší. Matematicky může být rotační kinetická energie dána -

RE = 1/2 I ω²

kde,

I je moment setrvačnosti objektu

Omega je rychlost otáčení objektu.

Také čtení:

• Jak vypočítat energii ve feromagnetických materiálech
• Příklad potenciální energie na světelnou energii
• Proč je skladování energie v systémech obnovitelné energie kritické
• Jak optimalizovat magnetickou energii v magnetických ložiskách pro vysokorychlostní stroje
• Proč v obecné relativitě platí zachování energie
• Poměr rotační a translační kinetické energie koule 2
• Jak měřit energii ve vesmírném solárním systému
• Může být potenciální energie záporná
• Jak optimalizovat zvukovou energii při ultrazvukovém zobrazování
• Jak měřit energii v projektu terraformingu